2025年高一上學期化學“地球科學與化學”科普測試一、地球圈層中的化學循環(huán)地球作為一個動態(tài)系統(tǒng)，其巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈通過化學元素的遷移與轉(zhuǎn)化實現(xiàn)物質(zhì)循環(huán)。以碳元素為例，大氣中的CO?通過光合作用進入生物圈形成有機碳，動植物遺體經(jīng)沉積作用轉(zhuǎn)化為煤、石油等化石燃料，而人類活動引發(fā)的化石燃料燃燒則將碳重新釋放到大氣中，這一過程涉及氧化還原反應（C+O?=CO?）和物質(zhì)的量計算（1mol碳完全燃燒生成22.4LCO?，標準狀況下）。巖石圈的化學循環(huán)體現(xiàn)在礦物的形成與風化。例如，長石（KAlSi?O?）在水和CO?作用下發(fā)生水解反應：2KAlSi?O?+2H?CO?+9H?O=2K?+2HCO??+4H?SiO?+Al?(Si?O?)(OH)?，生成黏土礦物和可溶性鉀鹽，這一過程不僅改變地表形態(tài)，還為土壤提供植物所需的鉀元素。水圈的化學平衡則依賴于溶解與沉淀反應。海洋中Ca2?與HCO??結(jié)合生成CaCO?（珊瑚礁的主要成分），其溶度積常數(shù)Ksp=[Ca2?][CO?2?]決定了碳酸鈣的沉積速率。當大氣CO?濃度升高導致海水酸化（H?+CO?2?=HCO??）時，CO?2?濃度下降，珊瑚礁溶解加劇，體現(xiàn)了化學平衡移動原理在全球變化中的應用。二、自然資源開發(fā)中的化學原理（一）礦產(chǎn)資源的提取與轉(zhuǎn)化鋁土礦（主要成分為Al?O?·nH?O）通過堿溶法制備金屬鋁：Al?O?+2NaOH=2NaAlO?+H?O，再經(jīng)酸化析出Al(OH)?沉淀，灼燒后得到Al?O?，最后通過電解熔融Al?O?（加入冰晶石Na?AlF?降低熔點）獲得鋁單質(zhì)。這一過程涉及兩性氧化物性質(zhì)（Al?O?與酸堿均能反應）和電解原理（2Al?O?(熔融)=4Al+3O?↑，陰極反應：Al3?+3e?=Al）。（二）能源化學與可持續(xù)發(fā)展傳統(tǒng)化石能源面臨碳排放挑戰(zhàn)，而氫能源的開發(fā)依賴水的電解或光解。電解水反應（2H?O=2H?↑+O?↑）中，每生成1molH?轉(zhuǎn)移2mol電子，若用光伏電池提供電能（能量轉(zhuǎn)化率約20%），則分解18g水需吸收285.8kJ能量（ΔH=+285.8kJ/mol）。核能作為清潔能源，其核心是核裂變反應。鈾-235吸收中子后裂變?yōu)锽a-141和Kr-92：23?U+1n=1?1Ba+?2Kr+31n，釋放的能量通過蒸汽輪機轉(zhuǎn)化為電能。核廢料處理則需利用化學沉淀法（如用Fe(OH)?吸附放射性離子）和離子交換樹脂分離放射性同位素。三、環(huán)境問題的化學解決方案（一）大氣污染治理酸雨的形成源于SO?和NOx的氧化：SO?+H?O?H?SO?，2H?SO?+O?=2H?SO?（催化劑為飄塵中的Fe3?）。脫硫技術中，石灰石-石膏法利用CaCO?+SO?=CaSO?+CO?，進一步氧化得到CaSO?·2H?O（石膏），實現(xiàn)硫元素的固定。（二）水污染控制重金屬污染治理常采用沉淀法和氧化還原法。例如，處理含Cr3?廢水時，加入NaOH調(diào)節(jié)pH至8~9，生成Cr(OH)?沉淀（Ksp=6.3×10?31）；含Cr?O?2?的酸性廢水則需先還原：Cr?O?2?+6Fe2?+14H?=2Cr3?+6Fe3?+7H?O，再沉淀去除。（三）土壤修復技術針對土壤重金屬污染，可通過施加磷酸鹽（如Ca?(PO?)?）使Pb2?轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的Pb?(PO?)?（Ksp=8.0×10??3）；有機污染土壤則利用微生物降解，如甲烷菌將石油烴分解為CO?和H?O，涉及酶催化的氧化還原反應。四、“化學地球”計劃與全球協(xié)作“化學地球”國際大科學計劃通過建立覆蓋全球的地球化學基準網(wǎng)，系統(tǒng)測定76種元素在巖石、土壤、水和大氣中的分布。例如，中國東部農(nóng)田土壤硒含量基準值為0.28mg/kg，富硒土壤（>0.4mg/kg）可開發(fā)為特色農(nóng)產(chǎn)品基地；而重金屬鎘的基準值為0.09mg/kg，超過此值的區(qū)域需實施修復措施。該計劃建立的大數(shù)據(jù)平臺整合了X射線熒光光譜（XRF）和電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）等檢測數(shù)據(jù)，為資源勘探和環(huán)境管理提供決策支持。例如，通過分析土壤中稀土元素（如La、Ce）的配分模式，可追溯沉積物來源，為古環(huán)境重建提供化學證據(jù)。五、實驗探究與數(shù)據(jù)分析（一）土壤pH值測定與改良用pH計測定不同區(qū)域土壤pH值：取土樣5g加25mL蒸餾水，攪拌后靜置，將電極插入上清液讀取數(shù)據(jù)。若pH<5.5（酸性土壤），可施加CaCO?調(diào)節(jié)，反應原理為CaCO?+2H?=Ca2?+CO?↑+H?O，通過計算H?物質(zhì)的量確定改良劑用量。（二）水中溶解氧的測定采用碘量法：在水樣中加入MnSO?和堿性KI溶液，生成Mn(OH)?沉淀，與O?反應生成MnO(OH)?，再加入H?SO?酸化，MnO(OH)?將I?氧化為I?，用Na?S?O?標準溶液滴定（I?+2S?O?2?=2I?+S?O?2?），根據(jù)消耗的Na?S?O?濃度計算溶解氧含量。（三）數(shù)據(jù)分析案例某湖泊水樣中c(Ca2?)=0.01mol/L，c(Mg2?)=0.005mol/L，計算總硬度（以CaCO?計）：總硬度=（0.01+0.005）mol/L×100g/mol=1.5g/L，超過《生活飲用水衛(wèi)生標準》（1.0g/L），需通過離子交換法（用NaR樹脂交換Ca2?、Mg2?）軟化處理。六、化學與人類活動的相互影響（一）碳排放與碳中和化石燃料燃燒釋放的CO?可通過化學吸收法處理，如用氨水吸收：NH?·H?O+CO?=NH?HCO?，加熱分解得到CO?用于合成尿素（CO(NH?)?），實現(xiàn)碳循環(huán)利用。植物光合作用的化學方程式6CO?+6H?O=C?H??O?+6O?，則是自然界最有效的固碳過程。（二）新型材料的環(huán)境效益可降解塑料（如聚乳酸）的水解反應：(C?H?O?)n+nH?O→nC?H?O?，產(chǎn)物乳酸可被微生物分解為CO?和H?O，解決傳統(tǒng)塑料的白色污染問題。而鋰離子電池正極材料LiFePO?的充放電反應：LiFePO??Li???FePO?+xLi?+xe?，則推動了可再生能源的儲能技術發(fā)展。七、綜合應用題資源提取計算：從1000噸含F(xiàn)e?O?80%的赤鐵礦中提煉鐵，若反應Fe?O?+3CO=2Fe+3CO?的轉(zhuǎn)化率為90%，可得到多少噸鐵？（Fe?O?摩爾質(zhì)量160g/mol，F(xiàn)e56g/mol）解：m(Fe?O?)=1000t×80%=800t，n(Fe?O?)=800×10?g/160g/mol=5×10?mol，生成Fe的物質(zhì)的量=5×10?mol×2×90%=9×10?mol，m(Fe)=9×10?mol×56g/mol=504t。環(huán)境監(jiān)測分析：某工廠排放廢水中Cr?O?2?濃度為0.01mol/L，處理1000m3廢水需加入多少千克FeSO?·7H?O？（反應：Cr?O?2?+6Fe2?+14H?=2Cr3?+6Fe3?+7H?O，F(xiàn)eSO?·7H?O摩爾質(zhì)量278g/mol）解：n(Cr?O?2?)=0.01mol/L×1000×103L=1×10?mol，n(Fe2?)=6×10?mol，m(FeSO?·7H?O)=6×10?mol×278g/mol=1.668×10?g=16680kg?；瘜W平衡應用：在密閉容器中發(fā)生反應CO?(g)+H?O(l)?H?CO?(aq)，若通入CO?氣體使壓強增大，平衡向正反應方向移動，H